移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)蓄熱器實(shí)驗(yàn)和模擬研究及經(jīng)濟(jì)性分析.pdf

1、工業(yè)部門每年產(chǎn)生大量余熱、廢熱,不僅降低了生產(chǎn)過程中的能源利用效率,也加重了我國的能源負(fù)擔(dān)。針對(duì)這一問題,近些年來各工業(yè)企業(yè)紛紛開展了余熱資源回收利用技術(shù)的研究與應(yīng)用。然而,通過對(duì)余熱回收利用現(xiàn)狀的調(diào)研不難發(fā)現(xiàn),目前余熱資源的利用溫度主要集中在230°C以上,230°C以下的低溫余熱資源仍未得到充分利用。另一方面,隨著人們生活水平的提高,供暖需求量也越來越大。受到集中供暖管網(wǎng)的限制,部分無集中供暖的用戶在冬季常常選擇使用小型燃煤、燃油或

2、燃?xì)夤┡到y(tǒng)。這類小型系統(tǒng)不僅能效低、污染大,而且成本高、經(jīng)濟(jì)性差。因此從以上問題出發(fā),本文研究了用于分散用戶供暖的可移動(dòng)式的余熱利用系統(tǒng),開展了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　針對(duì)230°C以下的低溫余熱資源,根據(jù)材料相變溫度、相變潛熱、安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等因素篩選了蓄熱材料赤藻糖醇。在此基礎(chǔ)上,對(duì)實(shí)驗(yàn)選用批次的蓄熱材料進(jìn)行了差式掃描量熱法(DifferentialScanningCalorimetry,DSC)測試分析,獲得

3、了材料較為準(zhǔn)確的蓄熱性能參數(shù)。此外,本文還針對(duì)選用的材料進(jìn)行了過冷度測試分析,為系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的過冷現(xiàn)象分析提供了參考依據(jù)。
　　應(yīng)用篩選出的蓄熱材料,根據(jù)移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)原理在實(shí)驗(yàn)室搭建了小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了間接式蓄熱器的充放熱實(shí)驗(yàn)研究,分析了蓄熱材料在充放熱過程中的溫度變化情況和熔化凝固規(guī)律,并通過熱效率和放熱強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了間接式蓄熱器的性能分析。
　　由于實(shí)驗(yàn)中布置的測點(diǎn)數(shù)量有限,為了詳細(xì)掌握間接式蓄熱器內(nèi)材料熔化和

4、凝固情況,本文進(jìn)行了間接式蓄熱器充放熱過程的數(shù)值模擬研究。通過對(duì)條件的合理簡化和假設(shè),建立了相應(yīng)的物理和數(shù)學(xué)模型,并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證了模型的合理性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了提高蓄熱材料導(dǎo)熱系數(shù)、調(diào)整蓄熱器換熱管管徑和布置方式以及添加直肋片等蓄熱器充放熱性能的優(yōu)化研究。結(jié)果表明,對(duì)于現(xiàn)有間接式蓄熱器,最佳導(dǎo)熱系數(shù)為3.7W/m·K,內(nèi)部結(jié)構(gòu)為DN22換熱管及其布置方式,翅片面積為0.468m2。優(yōu)化后蓄熱器的蓄熱量為以前

5、的90％,充熱時(shí)間縮短了74%,放熱時(shí)間縮短了67%。
　　此外,為了進(jìn)一步強(qiáng)化蓄熱器內(nèi)的換熱過程,本文還設(shè)計(jì)了導(dǎo)熱油與蓄熱材料直接接觸換熱的直接式蓄熱器,并進(jìn)行了相應(yīng)的充放熱實(shí)驗(yàn)研究。為了了解系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是否會(huì)對(duì)直接式蓄熱器充放熱過程造成影響,從而為實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)提供一些參考依據(jù),本文對(duì)不同導(dǎo)熱油流量條件下直接式蓄熱器內(nèi)材料的熔化凝固速率進(jìn)行了研究。針對(duì)材料凝固后造成導(dǎo)熱油在充熱過程初期流動(dòng)較弱的情況,研究了應(yīng)用電熱棒形成快速

6、流道的方法。另外,本文還通過熱效率和放熱強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了直接式蓄熱器的性能評(píng)價(jià)。
　　最后,在參考移動(dòng)式余熱利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,本文對(duì)實(shí)際應(yīng)用規(guī)模的移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行了成本和收益估算。通過三個(gè)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)(凈現(xiàn)值、投資回收期和內(nèi)部收益率)對(duì)移動(dòng)式余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究,并結(jié)合影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的幾個(gè)不確定性因素如蓄熱器充熱時(shí)間、熱源距離、余熱價(jià)格等進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果表明,三種不確定性因素對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的影響程度從大到小